CN1645555A

CN1645555A - 金属卤化物灯以及使用该金属卤化物灯的照明装置

Info

Publication number: CN1645555A
Application number: CNA2004100997242A
Authority: CN
Inventors: 野原浩司; 打保笃志; 金泽有岐也
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2024-12-10
Also published as: JP2005174795A; US20050156528A1; EP1562222A2; JP4273951B2; CN100538991C; EP1562222A3

Abstract

金属卤化物灯包括具有半透明陶瓷制造的外壳的电弧管和设置在该外壳中的一对电极，其中在该电弧管之中封入了卤化钠(Na)、汞(Hg)的卤化物和一种或多种镧系元素卤化物，所述镧系元素卤化物包括卤化铈(Ce)和卤化镨(Pr)中的至少一种，并且L/D≥1，其中D(mm)为该电弧管的内部直径，以及L(mm)为所述电极之间的距离。

Description

金属卤化物灯以及使用该金属卤化物灯的照明装置

技术领域

本发明涉及金属卤化物灯以及使用该金属卤化物灯的照明装置。

背景技术

本申请以在日本提交的申请No.2003-414488为基础，在此结合其整个内容作为参考。

金属卤化物通常用于室外照明、高天花板照明等。在近年来，已经积极地开发了使用半透明陶瓷作为用于电弧管外壳的材料的金属卤化物灯。(下文中这种类型的金属卤化物灯称为“陶瓷金属卤化物灯”。)

具有由半透明陶瓷制得的外壳的电弧管与封入在该电弧管中的卤化物的化学反应能力低于具有由硅玻璃制得的外壳的电弧管。这意味着具有由半透明陶瓷制得的外壳的电弧管能够提高灯泡壁负荷。因此，具有由半透明陶瓷制得的外壳的电弧管具有能够实现高发光效率的优点。

尤其是，推测具有长且细(当电弧管的内部直径为D且电极之间的距离为L时，满足L/D＞5)并且在其中封入了碘化铈(CeI₃)和碘化钠(NaI)的电弧管的陶瓷金属卤化物灯实现高达111-177LPW(＝1m/W)的极高的发光效率(例如已公开的专利申请NO.2000-501563的PCT国际公开的日语译文)。

此外，由于这种卤化物灯的长又细的形状，所以它需要较少量的金属汞，因此它也对生态环境无害。例如，当灯的额定灯瓦数为150W时，获得80V-100V的灯电压仅需要0.7mg(＜1.6mg/cm³)。

然而，通过试验来制造这种陶瓷金属卤化物灯，本发明的发明者证明了虽然该卤化物灯实现了相对高的发光效率，但是在照明期间它的灯电压升高，并且因为不能持续放电，所以灯光会意外消失(照明中断)。即使使用电子镇流器向灯提供矩形波形电压时和提供商业频率的正弦波形电压时，也会发生这样的问题。

作为检验的结果，发明者发现这个问题的起因如下。当L/D大时，电弧管的形状变得长又细，并且因为从电弧管的内表面到电弧之间的短距离，电弧管内部的温度变得极高。因此，即使陶瓷与卤化物逐渐地化学结合，对放电有贡献的发光金属的量也会减少。因此，游离的卤化物量增加，这使电弧管中的蒸汽压极高。这显著升高了灯电压。

而且，发明者发现当发明者使用用于进行亮度减弱控制的普通磁镇流器点亮上述陶瓷卤化物灯时，灯电压会根据输入电压的变化不希望地变化。在这种情况下，陶瓷和卤化物一起强烈地反应，灯电压升高，并且发生照明故障。

顺便提及，当使用普通的汞定量加料器(doser)用于将汞作为液体金属封入电弧管中时，因为汞的流动性，封入的汞的量可能会发生件与件之间的变化。如果在每个产品中封入了大量的汞，那么个体差异就会变得相对小。然而，陶瓷金属卤化物灯使用非常少量的汞。在这种意义上，此为陶瓷金属卤化物灯的优点。另一方面，在制造过程中出现的个体差异相对于设计的量可能会变成相当可观的量。这引起了另一个问题，即，因为个体差异，每个产品的灯电压不同。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种实现高发光效率的金属卤化物灯和使用该金属卤化物灯的照明装置，该金属卤化物灯在照明期间抑制了灯电压的升高，并且件与件之间的灯电压变化较小。

通过这样的金属卤化物灯实现上述目的，该金属卤化物灯包括具有外壳的电弧管和设置在该外壳中的一对电极，该外壳由半透明陶瓷制造，其中在电弧管内封入了卤化钠(Na)、卤化汞(Hg)和一种或多种镧系元素卤化物，镧系元素卤化物包括卤化铈(Ce)和卤化镨(Pr)中的至少一种，并且L/D≥1，其中D(mm)为电弧管的内部直径，以及L(mm)为电极之间的距离。

注意，本说明书中的“电弧管的内部直径D”是通过下述方式得出的。首先，计算电弧管的一部分内表面的面积，该一部分内表面包围电弧管的轴的一部分。轴的这部分表示电极之间的距离L。然后，用计算得到的内部面积除以距离L。

理所当然，当电弧管的内部结构越复杂时，对于方程来说就需要越复杂的方法得到电弧管的内部直径D。

使用所阐述的结构，金属卤化物灯可以实现高发光效率，并且避免了在照明期间由灯电压升高所引起的照明故障。而且，该灯可以减少件与件之间的灯电压的变化。

这里，可以满足0.05≤H_hg/H_In≤2.00，其中H_hg(mol)是汞的卤化物中包含的卤素的量，以及H_In(mol)是镧系元素卤化物中包含的卤素的量。

使用所阐述的结构，该灯可以确保避免在照明期间由灯电压升高所引起的照明故障，而且还避免了电极的损坏。

这里，汞的卤化物可以是卤化亚汞。

使用所阐述的结构，可以更多地减少封入的汞的量。

这里，可以满足4≤L/D≤10。

使用所阐述的结构，该灯可以实现极高的发光效率，进一步抑制灯电压的升高，并且抑制了破坏外观的电弧管的内表面上的变黑。

这里，灯泡壁负荷可以为28W/cm²-33W/cm²。

使用所述结构，灯可以实现高发光效率、灯的长寿命和高现色性。

这里，金属卤化物灯还包括由硬玻璃制得的包围电弧管的灯泡，其中在300K下在灯泡和电弧管之间的空间中的压强等于或小于5×10⁴pa。

使用所阐述的结构，该灯能避免发光效率的降低。

同时，通过照明装置实现上述目的，该照明装置包括所阐述的金属卤化物灯；和可点亮该金属卤化物灯的电子镇流器。

使用所阐述的结构，该照明装置可以实现高的发光效率，并且避免在照明期间由灯电压升高所引起的照明故障。而且，该照明装置可以减少件与件之间的灯电压的变化。

这里，该照明装置可以包括：所阐述的金属卤化物灯，和可以在额定灯瓦数的25％-100％范围对金属卤化物灯进行减低亮度控制的电子镇流器。

使用所阐述的结构，该照明装置可以实现高的发光效率，并且避免在照明期间由灯电压升高所引起的照明故障。而且，该照明装置可以减少件与件之间的灯电压的变化。此外，该照明装置可以在减低亮度控制时抑制输入灯电压的变化所引起的灯电压的波动，并且抑制色温的变化。

这里，可以满足0.004＜H_hg/H_t＜0.220，其中H_hg(mol)是汞的卤化物中包含的卤素的量，以及H_t(mol)是封入在电弧管内的除汞的卤化物之外的所有金属卤化物中包含的金属的总量。

使用所阐述的结构，该照明装置可以在减低亮度控制时确保降低灯电压的波动和色温的变化。

这里，可以利用矩形波形电流点亮金属卤化物灯。

使用所阐述的结构，该照明装置可以抑制由输入灯电压的变化所引起的灯电压的波动，并且稳定电弧管的温度，和实现其温度均匀分布。因此，该照明装置可以稳定电弧管中封入的蒸汽压，并且抑制灯电压的升高。

附图说明

本发明的这些和其它目的、优点和特征将从下述描述中变得显而易见，其中下述描述结合了说明本发明具体实施例的附图。

图中：

图1为根据本发明的第一实施例的金属卤化物灯的前正视图；

图2为该金属卤化物灯中使用的电弧管的前视剖面图；

图3表示L/D和发光效率之间的关系；

图4表示寿命测试的结果，其中改变封入的总量和H_hg/H_ln；

图5为根据本发明的第三实施例的照明装置的框图；

图6为在该照明装置中使用的电子镇流器的电路图；

图7为本发明每个实施例的金属卤化物灯中使用的电弧管的修改的示意图；

图8为本发明每个实施例的金属卤化物灯中使用的电弧管的修改的示意视图；

图9为本发明每个实施例的金属卤化物灯中使用的电弧管的修改的示意视图；

图10为本发明每个实施例的金属卤化物灯中使用的电弧管的修改的示意视图；

图11为本发明每个实施例的金属卤化物灯中使用的电弧管的修改的示意视图；以及

图12为本发明每个实施例的金属卤化物灯中使用的电弧管的修改的示意视图。

具体实施方式

下面参考附图描述本发明的优选实施例。

第一实施例

如图1所示，本发明第一实施例的金属卤化物灯(陶瓷金属卤化物灯)1具有额定灯瓦数150W，其包括灯泡3、馈电线4和5、电弧管6和灯座7。灯泡3由硬玻璃或硼硅酸盐玻璃等制得。灯泡的一端封闭并且另一端用由硼硅酸盐玻璃制得的曳光管(flare)2密封。馈电线4和5由例如镍或低碳钢制得。馈电线4和5的每一个的一部分密封到曳光管2。而且，馈电线4和5各自的一端引到灯泡3中。在灯泡3中电弧管6由这些馈电线4和5支撑。灯座7为螺旋型(E型)并且固定到灯泡3的另一端。

注意，灯泡3中的空间是在300K温度下具有接近1×10^-1Pa的真空。

馈电线4的另一端电连接到灯座7的孔眼8，并且馈电线5的另一端电连接到灯座7的壳9上。引入灯泡3中的馈电线5的一部分由管10覆盖，其用于避免在馈电线5的表面上产生光电子(photoelectron)。而且，为了吸收灯泡3中不纯的气体，吸气器(getter)11连到馈电线5上。

如图2所示，电弧管6包括由多晶氧化铝制得的外壳17，该外壳17包括主管15和细管16。主管15包括圆柱体12、圆锥形13和环14。圆柱体12的内部直径D为4mm。圆锥形13与圆柱形部分12的两端连接。环14形成在每个圆锥形13的一端上。该端不是与圆柱体12连接的那端。细管16分别收缩配合环14。

在图2中示出的例子中，圆柱体12、圆锥形13和环14整体地且无接缝地形成。理所当然，可以通过收缩配合整体地形成这些部件12、13和14。

而且，外壳17可以由诸如钇铝石榴石(yttrium aluminum garnet，YAG)、氮化铝、氧化钇和氧化锆而非多晶氧化铝的半透明陶瓷制得。

在电弧管6内部，总共封入了10mg的碘化镨、碘化钠和碘化汞，并且封入氙气(Xe)使得在室温下具有20KPa。特别地，碘化汞的量为0.7mg，其包括0.3mg的汞。当卤化汞包括H_hg(mol)的卤素以及镨包括H_In(mol)的卤素时，H_hg/H_In为1.00。

在电极18插入到细管16中的状态下，电弧管6的容量为0.45cc。稍后描述电极18。

在主管15中，放置一对电极18使得它们具有基本相同的轴(图2中的轴A)并且彼此基本相对。在主管15中形成放电空间19。每个电极18之间的距离L为32mm。L/D为8。

每个电极18包括由直径为0.5mm的钨制得的电极杆20和设置在电极杆20的尖上的由钨制得的电极线圈21。

电极感应器22插入细管16中。电极感应器22的一端电连接到电极18上。电极感应器22的另一端(该处在细管16的内表面和包括在电极感应器22中的第二部件24b之间形成有间隙)用流入的玻璃粉23密封。稍后描述第二部件24b。

电极导体22包括第一部件24a和第二部件23b。第一部件24a由例如钼或导电金属陶瓷制得。电极杆20与第一部件24a连接，第二部件24b由例如铌制得。部件24a和24b中任何一个的直径为0.9mm。第二部件24b的一端引出细管16，该端不是连接第一部件24a的那端。第二部件24b连接到馈电线4和5。

对于根据本发明第一实施例的具有额定灯瓦数150W的这种金属卤化物灯1(此后称为“实际例1”)，发明者进行了寿命测试。在这个测试中，发明者利用公知电子镇流器、使用频率为150Hz的具有矩形波形的交流电点亮实际例1。以预定的开/关循环重复此操作。

样品数为5。

为了比较，发明者还对另一个金属卤化物灯(比较例1)进行了同样的寿命测试，其中该金属卤化物灯具有与实际例1相同的结构，只是液体形式的金属汞而不是碘化汞封入电弧管6中。在这个测试中，发明者利用同样的公知电子镇流器、使用频率为150Hz的具有矩形波形的交流电点亮比较例1。也以预定的开/关循环重复此操作。

寿命测试显示了从照明开始直到经过1000小时，实际例1的所有样品的灯电压都很少升高。而且，当从照明开始经过12000小时(额定寿命)时，灯电压的升高不超过20V。这在实际的使用中不是问题。

相反，在比较例1的样品中，当从照明开始经过500到1000小时时，灯电压升高了不少于30V。而且，在照明开始时的再起弧电势(re-striking potential)显著变高，并且五个样品中有两个样品不能点亮。检查这两个样品，发明者发现在电极18附近的主管15的内表面上有与金属碘化物进行强烈化学反应的痕迹。

发明者推断不能维持电弧放电的原因如下。

与金属碘化物强烈化学反应的痕迹和在照明开始时高的再起弧电势暗示了在照明期间电弧管6中碘的蒸汽压异常高。这种过量的碘推测是上述化学反应的产物。相反地，在实际例1中，抑制了过量游离碘的极度增加，因此避免了电弧管中碘的蒸汽压象比较例1那样变得异常高。这是因为有意地将过量的碘预先封入在电弧管6中。上述化学反应的平衡状态被保持并且不会从照明的早期阶段产生碘。

接下来，发明者制造金属卤化物灯(实际例2-11)，每个具有额定灯瓦数150W和与实际例1相同的结构，只是封入的碘化镨、碘化钠和碘化汞的总量和比例H_hg/H_In彼此不同，如图4中所示，这稍后描述。然后，对于实际例2-11(加上实际例1和比较例1)，发明者在照明的早期阶段期间(从照明开始100小时)测量灯电压。结果如下。

关于具有封入在其中的汞的卤化物的所有实际例1-11，灯电压为80V-100V。这是因为汞的卤化物是固态形式并且容易处理，因此可以精确地控制卤化物的量并且可以实现封入在每个灯中卤化物量的稳定。

令人惊讶的是，实际例需要仅包括0.3mg汞的0.7mg卤化汞以获得80V-100V的灯电压。这个量少于比较例1中以液体形式封入的汞的量(需要0.7mg汞以获得同样的灯电压)的一半。

相反，液体金属汞封入在其中的比较例1具有件与件(piece-to-piece)之间的灯电压差异，范围为60V-115V。这是因为封入的金属液体汞的量(设计量)小至0.7mg。即使汞定量加料器(mercury douser)在封入的量中仅有小的件与件之间的差异，但是这个小量(0.7mg)使该差异相对大。结果，对于每个灯来说，封入的量极大地不同。

接下来，发明者制造金属卤化物灯，每个具有额定灯瓦数150W和与实际例1相同的结构，只是L/D彼此不同，而电弧管的容量是固定的(0.45cc)。L/D是电极18之间的距离L与内部直径D的比例，L/D的值分别从1编号到20。图3示出所制造的灯的发光效率(lm/W)。

商业上可用的额定灯瓦数为150W的具有高发光效率和高现色性的金属卤化物灯，通常具有90lm/W-95lm/W发光效率。一般而言，当光通量(lm)增加不少于10％时，人能够视觉辨别亮度的增加。

如图3所示，当满足L/D≥1时，发光效率变得大于105lm/W。这种比常规金属卤化物灯的提高的发光效率作可以被人在视觉上辨认为亮度的增加。

还如图3所示，当满足L/D≥4时，发光效率变得大于115lm/W。这个增加的发光效率可以更清楚地视觉识别为亮度的增加。而且，当从照明开始经过12000小时时，灯电压仅升高18V。因此，为了使发光效率相对于传统金属卤化物灯的增加达到该发光效率可以很清楚地被视觉识别为亮度增加的程度，并且抑制灯电压的升高，优选满足关系表达式L/D≥4。

然而，满足L/D＞10时，在电弧管6的内表面上观察到显著的变黑。这种变黑降低了光通量，并且从外观的角度考虑也是不理想的。

这种变黑是由电极的材料钨引起的，钨扩散并且附着到电弧管6的内表面上。钨扩散的原因可能是L/D值变得太大以致于不能完成到电弧放电的平滑跃迁，并且发生溅射。溅射使钨扩散。

因此，为了获得高的发光效率并且不破坏外观，优选满足L/D≤10。

而且，还如图3所示，当满足7≤L/D≤9时，发光效率变得大于130lm/W，并且当从照明开始经过12000小时时，灯电压仅升高13V。因此，为了获得更高的发光效率和更多地抑制灯电压的升高，优选满足7≤L/D≤9。

当满足L/D＜1时，尤其当水平地放置并且点亮灯时，电弧被电弧管6内部向上的力朝上弯曲并且接近电弧管6的内表面。这使电弧管6的上部内表面的温度极高，因此电弧管6的外壳17的材料多晶氧化铝和卤化物一起发生强烈的化学反应。结果，因为上述化学反应产生的游离碘等，电弧收缩，并且电弧更接近电弧管6的上部内表面。这加速了该化学反应、更加收缩电弧、增加游离碘并且引起灯电压增加，最终光消失。而且，如上所述电弧管6的上部内表面的温度变得极高，因此这个部分和电弧管其它部分之间的温差变得很大。这个温差可能会使多晶氧化铝变形。这个变形可能引起断裂。

然而，当满足L/D≥1时，电弧弯曲被抑制，并且防止了照明故障。同样避免了断裂。

当满足L/D＞20时，这在图3中未示出，发光效率变为等于或小于95lm/W。这几乎是与常规金属卤化物灯相同的水平。在这种情况，开启电压变高。因此，为了实际应用，优选满足L/D≤20。

而且，为了同时实现高发光效率和高现色性，并且抑制卤化物和玻璃粉23之间的化学反应，优选灯泡壁负荷(电弧管的内表面上每单元面积的额定灯瓦数)设置为20W/cm²-35W/cm²的范围。当灯泡壁负荷小于20W/cm²时，可能不能同时实现高发光效率和高现色性。同时，当灯泡壁负荷大于35W/cm²时，卤化物和玻璃粉23一起发生化学反应并且可能引起泄漏。为了实现高发光效率、灯的长寿命和高现色性，当灯泡壁负载设置为28 W/cm²-33W/cm²的时特别适当。

如上所述，根据本发明第一实施例的金属卤化物灯1的结构，为了实现高发光效率，满足关系表达式L/D≥1。例如，当L/D＝8时，也就是当电弧管6长又细时，并且在因为电弧接近电弧管6的内表面，所以照明期间电弧管的温度增加到极高温度的情况下，避免了电弧管6中的碘蒸汽压变得极高。这是因为预先将过量的碘封入在电弧管6中，这保持了多晶氧化铝和金属碘化物之间化学反应的平衡状态，因此没有产生碘。因此，避免了灯电压升高和引起照明故障。而且，汞作为卤化物以固态状态被封入。这提高了在制造过程期间封入量的精确度，并且减小了件与件之间的灯电压的差异。而且，该灯需要0.7mg的汞的卤化物，例如仅包括0.3mg汞的卤化汞来获得在适当范围(80V-100V)内的灯电压。汞的这个量少于以液体形式封入的金属汞的情况(其中需要0.7mg汞来获得同样的灯电压)的一半。这意味着该灯能够降低封入的汞的量，并且减少环境负担。

而且，特别因为满足关系表达式4≤L/D≤10，所以该灯实现了高于常规金属卤化物灯(具有90lm/W-95lm/W的发光效率)的发光效率。同时，该灯还抑制了灯电压升高，并且避免了在电弧管的内表面上发生破坏外观的变黑。

这里，当碘化亚汞而不是碘化汞作为汞的卤化物封入时，需要仅包括0.2mg汞的0.4mg碘化亚汞来获得80V-100V范围内的灯电压，这意味着进一步地减少了封入的汞的量。因此，为了减少封入的汞的量，优选封入碘化亚汞作为汞的卤化物。

而且，通过检验封入的汞的最佳量，发明者发现优选满足关系表达式0.05≤H_hg/H_In≤2.00，其中H_hg(mol)是汞的卤化物(例如碘化汞)中包含的卤素的量，以及H_In(mol)是镧系元素卤化物(例如碘化镨)中包含的卤素的量。下面是这个关系表达式的根据。

首先，发明者制造金属卤化物灯(实际例2-11)，每个具有额定灯瓦数150W和与实际例1相同的结构，只是封入的碘化镨、碘化钠和碘化汞的总量和比例H_ho/H_In彼此不同，如图4所示。然后，发明者进行寿命测试。在这个测试中，发明者利用公知电子镇流器、用频率为150Hz的具有矩形波形的交流电点亮实际例2-11，以及实际例1和比较例1。以预定的开/关循环重复此操作。然后，发明者测定从照明开始直到经过12000小时由灯电压升高引起的照明故障的概率和电极18损坏的概率。图4示出结果。

注意，实际例和比较例的每个都有5个样品。在图4中，在“照明故障的概率”和“电极损坏的概率”中分母代表样品的数量，以及分子代表其中观察到照明故障或电极18损坏的样品的数量。

如图4中所示，当满足关系表达式0.05≤H_ho/H_In≤2.00时，在实际例1和4-9中没有发生由灯电压升高所引起的照明故障和电极18的损坏。

同时，当满足H_hg/H_In＜0.05时，例如，对于实际例2和3的每一个来说，五个例子中有一个发生由灯电压升高所引起的照明故障。这是因为预先封入的碘的量不够。另一方面，例如实际例10和11，当满足H_hg/H_In＞2.00时，尽管灯电压升高没有引起照明故障，但是不能维持适当的灯电压(80V-100V)并且在照明的早期阶段亮光消失。同时，在寿命测试期间在这些例子的一些样品中发生电极18的损坏。这是因为封入在电弧管6中的碘的量变得太过量了，并且随着时间的推移，电极杆20被这些过量的碘腐蚀，导致电极的损坏。

如上所述，为了确保避免由灯电压升高引起的照明故障，和避免电极18的损坏，优选满足关系表达式0.05≤H_hg/H_Ih≤2.00。

注意，发明者证实了这个关系表达式不仅适用于使用碘化汞的情况，还适用于使用例如溴化汞和碘化亚汞的汞的卤化物的情况，。同样，它不仅适用于使用碘化镨的情况，还适用于使用镧系元素卤化物(例如溴化镨和稍后描述的碘化铈)的情况。

发明者还发现当上述金属卤化物灯1的灯泡3由硬玻璃制得时，为了避免发光效率的降低，优选灯泡3和电弧管6之间的空间中的压强在300K下不大于5×10⁴Pa。例如，当压强在300K下大于5×10⁴Pa时，发光效率比实际例1(在300K下1×10³Pa)的降低不小于5lm/W。这是因为电弧管6的热通过该空间中的气体传导给了灯泡3，并且该热散发到外部空间。更加优选该压强在300K下不大于1×10³Pa。

第二实施例

本发明第二实施例的金属卤化物灯具有额定灯瓦数150W，且具有与本发明第一实施例的具有额定灯瓦数150W的卤化物灯相同的结构，只是在电弧管中封入的是碘化铈而不是碘化镨。

碘化铈、碘化钠和碘化汞的总量为10mg，在这些封入物之间的摩尔比为1∶10.5∶0.72。注意，此处提及的“摩尔比”仅是指金属卤化物中包括的金属的摩尔比。

当碘化汞中包括的卤素的量为H_hg(mol)且碘化铈中包括的卤素的量为H_In时，H_hg/H_In为0.72。

使用根据本发明第二实施例的金属卤化物灯的上述结构，在满足L/D≥1(例如L/D＝8。在这种情况，电弧管6长又细)时以及因为电弧管的内表面与电弧之间的短距离而使在照明期间电弧管6的温度变得极高时，避免了电弧管6中的蒸汽压变得异常高，就像根据本发明第一实施例的金属卤化物灯一样。这是因为预先封入了过量的碘，其抑制了金属碘化物和构成电弧管6的外壳17的多晶氧化铝之间的化学反应。因此，可以避免由灯电压升高引起的照明故障。而且，汞作为固态卤化物形式被封入，这提高了在制造过程中封入量的精确度，并降低了件与件之间的灯电压的差异。而且，该灯能够降低作为封入物的汞的量，并且减少环境负担。

该灯实现了比常规金属卤化物灯(90lm/W-95lm/W)更高的发光效率，，特别因为满足关系表达式4≤L/D≤10。同时，该灯还抑制了灯电压升高，并且避免了在电弧管的内表面上发生破坏外观的变黑。

而且，为了降低作为封入物的汞的量，优选封入碘化亚汞作为汞的卤化物。

而且，为了避免由灯电压升高引起的照明故障，并且避免电极18的损坏，优选满足关系表达式0.05≤H_hg/H_In≤2.00。

而且，为了实现高发光效率和高现色性，并且抑制卤化物和玻璃粉23之间的化学反应，优选灯泡壁负荷设置为20W/cm²-35W/cm²。为了实现高发光效率、灯的长寿命和高现色性，灯泡壁负荷置为28W/cm²-33W/cm²时特别适当。

而且，为了避免发光效率的降低，优选灯泡3和电弧管6之间的空间中的压强在300K下不大于5×10⁴Pa。特别优选在300K下该压强不大于1×10³Pa。

第三实施例

如图5所示，根据本发明第三实施例的照明装置包括根据本发明第一实施例的金属卤化物灯1(实际例1)和电子镇流器25。金属卤化物灯1的额定灯瓦数为150W。电子镇流器25可以在额定灯瓦数的25％-100％的范围内改变输入灯瓦数。

电子镇流器25连接到60Hz的AC电源26上。AC电源26向电子镇流器25提供具有固定电压的60Hz的交流电。

电子镇流器25包括滤波电路27、功率调整电路(降压断路器)28、全桥电路(全桥变换器)29、点火器30和减低亮度控制电路31。

滤波电路27接到AC电源26上，用于控制功率因数和防止电磁波干扰。滤波电路27从AC电源26接收电能，维持与线电压同相的简谐电流，并且同步地将具有交流极性的线电压转换成具有固定极性的电压。此时，如果需要，滤波电路27将线电压升高至大于峰值线电压的电压。而且，在该转换期间滤波电路27限制电磁发射。

功率调整电路28从滤波电路27中接收简谐电流和具有固定极性的电压，并且产生和输出具有固定极性的电压和电流，该电流和电压由连接到功率调整电路28上的减低亮度控制电路31调整。功率调整电路28还在金属卤化物灯1启动时输出100％电压，并且进行电弧放电。

全桥电路29将由功率调整电路28输出的固定电压的波形转换成低频方波。

点火器30产生例如4kV的启动电压脉冲。此后，点火器30将由全桥电路29输出的低频方形波提供给金属卤化物灯1，并且点亮金属卤化物灯1。

根据减低亮度控制电路31内部具有的参考值，减低亮度控制电路31将接收到的电压调整到预定电压。

图6中示出电子镇流器25的电路图。

滤波电路27和全桥电路29与常规技术相同，因此在此省略它们的描述。

功率调整电路28包括电阻R_c，该电阻R_c用于检测通过过金属卤化物灯1的电流。

减低亮度控制电路31包括放大器32、比较单元33和驱动电路34。减低亮度控制电路31监控流经电阻R_c的电流并将检测到的电流转换成电压。(此后将这个从电流转换来的电压称为“反馈信号35”)

放大器32包括电阻R₁、电阻R₂和误差信号放大器36，并且储存参考电压V_ref。反馈信号35经由电阻R₁输入误差信号放大器36中。误差信号放大器36放大基于参考电压V_ref和电阻R₁与R₂的反馈信号35。通过改变参考电压V_ref，将流经金属卤化物灯1的电流值设置为所希望的值。这改变了灯输出并且实现了减低亮度控制。

比较单元33包括比较器37。放大的反馈信号35输入到比较器37中。然后，比较器37将反馈信号35与锯齿波比较，并且产生了用于开关功率调整电路28的开关38的开关脉冲信号。

驱动电路34将开关脉冲信号的电平调整到预定电压电平，并且将调整后的开关脉冲信号输出给开关38。功率调整电路28的开/关由开关脉冲控制，并且给金属卤化物灯1提供具有希望电平的电流。

接下来，在点亮根据本发明第三实施例的照明装置(此后称为“实际例12”)6000小时而没有减低亮度控制之后，并且连续地改变输入灯瓦数直至低至额定灯瓦数的25％(38W)，发明者测量了色温的变化和灯电压的波动率。结果如下。

注意，“色温的变化”是指在照明的早期阶段期间(从照明开始直到经过约100小时)色温的变化。

而且值得注意的是，“灯电压的波动率”是指，当进行减低亮度控制时的灯电压与输入灯电压为额定灯瓦数的100％时的灯电压的比。

样品数为5。

关于实际例12，发明者连续地将输入灯瓦数改变低至额定灯瓦数的25％(38W)。然而，在每个样品中色温的变化不大于300K，并且该变化几乎用肉眼辨认不出。而且，波动率仅为5％-10％。

然而，当输入灯瓦数小于额定灯瓦数的25％时，在每个样品中电弧波动并且发生闪烁。而且，在进行减低亮度控制之后将灯点亮一会儿时，在五个样品中有一个样品发生照明故障。这是因为再起弧电势变得太大了以致于不能持续放电。因此，为了避免照明故障，优选在灯瓦数不小于额定灯瓦数25％时进行减低亮度控制。

使用根据本发明第三实施例的照明装置的上述结构，其使用根据本发明第一实施例的金属卤化物灯1，该照明装置实现了高发光效率，并且同时，避免了由灯电压升高所引起的金属卤化物灯1的照明故障。而且，可以减少件与件之间的灯电压差异。而且，该照明装置能够减少作为封入物的汞的量，并且减少环境负担。此外，尤其当通过在额定灯瓦数的25％-100％范围改变输入灯瓦数来进行减少亮度控制时，该照明装置能够抑制由输入灯电压的变化所引起的灯电压的波动，并抑制色温的变化。

优选用基本为方形波形的电流点亮金属卤化物灯1。这减少了与灯电压的波动相对应的灯瓦数的波动，并且使电弧管6的温度稳定，并且同时，使电弧管6上温度均匀分布。因此，该灯可以使电弧管6中封入物的蒸汽压稳定，并且抑制灯电压升高。

为了在减低亮度控制期间确保避免灯电压的波动和色温的变化，优选满足关系表达式0.004＜H_hg/H_t＜0.22，其中H_hg(mol)是汞的卤化物(例如碘化汞)中包含的卤素的量，以及H_t(mol)是封入的除汞的卤化物之外的所有金属卤化物(例如碘化镨和碘化钠)中包含的金属的总量。

在上述第三实施例中，图5和图6中示出的装置用作电子镇流器。然而，其它公知的电子镇流器可以实现相同的效果。

在上述的每个实施例中采用额定灯瓦数为150W的金属卤化物灯作为例子。然而，不仅这种灯而且其它额定灯瓦数为20W-400W的金属卤化物灯也可以实现相同效果。

通常，具有高额定灯瓦数的灯易于实现低功率损耗和高发光效率。另一方面，具有低额定灯瓦数的灯，例如150W，易于发生高功率损耗和低发光效率。因此，效率根据额定灯瓦数的值而变化。然而，相对于具有相同额定灯瓦数的常规灯的发光效率，本发明可以提高发光效率。

在上述每个实施例中，仅封入碘化镨或仅封入了碘化铈作为镧系元素卤化物。然而，在除碘化镨或碘化铈之外还封入了其他镧系元素卤化物，如卤化镧(La)和卤化钕(Nd)的情况下和同时封入碘化镨和碘化铈的情况下，可以获得相同的效果。

在上述每个实施例中，封入了碘化钠、和碘化汞或碘化亚汞、以及碘化镨和碘化铈中的至少一种镧系元素碘化物。然而，根据所希望的色温和现色性，可以封入其它公知金属卤化物。

在上述每个实施例中，采用金属碘化物作为金属卤化物的例子。然而，其他金属卤化物，例如金属溴化物也可以实现相同的效果。

而且，上述每个实施例中，解释了具有图1和图2中示出的形状的电弧管6。然而，可以使用分别具有图7到图12中示出的形状的电弧管39、40、41、42、43和44。注意，电弧管39到44是旋转体，每个具有在电弧管纵向方向上的旋转轴(如每个图中示出的B)。这里不考虑每个电弧管的厚度。电弧管39到44的内部和外部表面的形状如图中所示。如果需要可以在图中示出的电弧管39到44中的每一个形成细管部分。

至于图7中示出的电弧管39，电弧管39沿包括电弧管39纵向方向上的旋转轴的平面切开的横截面的轮廓线为椭圆形。这种类型的电弧管39结构简单，因此它可以减少生产成本。而且，在批量生产的情况中可以减少件与件之间的色温差异变化。因此，例如，当在相同空间中使用分别包括这种电弧管的多个灯或照明装置用于天花板照明时，件与件之间的色温差异不可觉察。

关于图8中示出的电弧管40，电弧管40沿包括电弧管40纵向方向上的旋转轴的平面切开的横截面的轮廓线为矩形。这显著地减少了色温的变化。

关于图9中示出的电弧管41，电弧管41沿包括电弧管41纵向方向上的旋转轴的平面切开的横截面的轮廓线的形状为在两端部分为半圆形，并且连接这些半圆的部分为具有凹陷的弓形。该电弧管41可以加快开启时光的初始升高。虽然取决于它的设计，但是这种电弧管41还可以使获得额定光输出所需要的时间缩短10％-20％。而且，当它水平放置点亮时，它的电弧曲率极为平缓。这抑制了在照明期间发生的闪烁。

关于图10中示出的电弧管42，电弧管40沿包括电弧管41纵向方向上的旋转轴的平面切开的横截面轮廓线的形状为在两端部分为半圆形，并且连接这些半圆的部分为直线形。最重要的是，这种电弧管减少了色温的变化。

关于图11中示出的电弧管43，电弧管43沿包括电弧管43纵向方向上的旋转轴的平面切开的横截面轮廓线的形状为在两端部分为半圆形，并且连接这些半圆的部分为具有凸起的弓形。以与上述电弧管39相同的方式，在大批量生产的情况下电弧管43可以抑制件与件之间的色温差异。因此，例如，当在相同空间中使用分别包括这种电弧管的多个灯或照明装置用于天花板照明时，件与件之间的色温差异不会被察觉。

关于图12中示出的电弧管44，电弧管44沿包括电弧管44纵向方向上的旋转轴的平面切开的横截面轮廓线的形状为在两端部分为梯形，并且连接这些梯形的部分为直线形。以与上述电弧管41相同的方式，电弧管44可以加快开启时光的初始升高。虽然取决于它的设计，但是这种电弧管44还可以使获得额定光输出所需要的时间缩短10％-20％。而且，当它是水平放置点亮时，它的电弧曲率极为平缓。这抑制了在照明期间发生的闪烁。

虽然参考附图通过例子充分描述了本发明，但是值得注意的是，各种改变和修改对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，如果这种变化和修改不脱离本发明的范围，它们应被解释为包括在其中。

Claims

1、一种金属卤化物灯，包括

具有外壳的电弧管和设置在该外壳中的一对电极，该外壳由半透明陶瓷制得，其中

在电弧管之中封入了卤化钠(Na)、汞(Hg)的卤化物和一种或多种镧系元素卤化物，所述镧系元素卤化物包括卤化铈(Ce)和卤化镨(Pr)中的至少一种，并且

L/D≥1，其中D(mm)为该电弧管的内部直径，且L(mm)为电极之间的距离。

2、根据权利要求1的金属卤化物灯，其中

0.05≤H_hg/H_In≤2.00，其中H_hg(mol)是汞的卤化物中包含的卤素的量，以及H_In(mol)是镧系元素卤化物中包含的卤素的量。

3、根据权利要求1的金属卤化物灯，其中

汞的卤化物为卤化亚汞。

4、根据权利要求2的金属卤化物灯，其中

汞的卤化物为卤化亚汞。

5、根据权利要求1的金属卤化物灯，其中

4≤L/D≤10。

6、根据权利要求4的金属卤化物灯，其中

4≤L/D≤10。

7、根据权利要求1的金属卤化物灯，其中

灯泡壁负荷在28W/cm²-33W/cm²的范围内。

8、根据权利要求6的金属卤化物灯，其中

灯泡壁负荷在28W/cm²-33W/cm²的范围内。

9、根据权利要求1的金属卤化物灯，还包括

由硬玻璃制得的包围电弧管的灯泡，其中

在灯泡和电弧管之间的空间中的压强在300K下等于或小于5×10⁴Pa。

10、根据权利要求8的金属卤化物灯，还包括

由硬玻璃制得的包围电弧管的灯泡，其中

11、一种照明装置，包括：

根据权利要求1的金属卤化物灯；和

可用来使该金属卤化物灯发光的电子镇流器。

12、一种照明装置，包括：

根据权利要求10的金属卤化物灯；和

可用来使该金属卤化物灯发光的电子镇流器。

13、一种照明装置，包括：

根据权利要求1的金属卤化物灯，和

可以用来在额定灯瓦数的25％-100％范围内对该金属卤化物灯进行亮度减弱控制的电子镇流器。

14、一种照明装置，包括：

根据权利要求10的金属卤化物灯，和

15、根据权利要求13的照明装置，其中

0.004＜H_hg/H_t＜0.220，其中H_hg(mol)是汞的卤化物中包含的卤素的量，以及H_t(mol)是封入在电弧管内的除汞的卤化物之外的所有金属卤化物中包含的金属的总量。

16、根据权利要求14的照明装置，其中

17、根据权利要求14的照明装置，其中

用矩形波电流点亮金属卤化物灯。

18、根据权利要求16的照明装置，其中

用矩形波电流点亮金属卤化物灯。